Sci Adv丨张哲团队揭示LMD-3蛋白通过调控溶酶体功能和蛋白稳态维持生殖能力

随着全球生育率持续走低，年龄相关性生育力下降已成为亟待解决的健康难题。越来越多的证据表明，细胞内蛋白稳态的失衡是生殖细胞老化的核心驱动力之一。然而，调控这一过程的关键分子机制仍是科研前沿的“黑箱”。

近日，山东大学齐鲁医学院张哲团队在Science Advances上在线发表了题为Lysosomal control of proteostasis and reproductive capacity by conserved LMD-3 protein in C. elegans的研究论文。该研究在线虫中鉴定出一个保守的LysM结构域蛋白LMD-3，发现它是调控蛋白稳态和生殖能力的关键因子。通过系统的机制研究，团队揭示了LMD-3通过定位于溶酶体，并与卵黄蛋白前体 Vitellogenin以及质子泵V-型ATP酶（V-ATPase）相互作用，从而调控溶酶体功能并维持卵黄蛋白稳态，最终保障线虫的生殖健康。此外，研究还发现补充维生素B12可以通过减轻氧化应激和改善溶酶体功能，恢复lmd-3突变体的生育能力，为开发缓解年龄相关生育力下降的干预策略提供了新的思路。

研究团队首先发现，lmd-3功能缺失线虫表现出明显的氧化应激抵抗力缺陷和持续升高的细胞应激反应。这些突变体对紫外线辐射更敏感，超氧阴离子（O₂⁻）积累增加，并伴有线粒体功能障碍。在表型上，lmd-3突变体的子代数显著减少（降低约34.5%），且主要在早期生殖阶段体现。进一步分析发现，这种生殖力下降是由于生殖细胞数量减少和细胞凋亡增加所致，表现出类似人类卵巢早衰（POF）的特征。组织特异性实验证实，LMD-3在生殖腺中的功能对维持生殖能力至关重要。

为了解析LMD-3的分子机制，团队通过免疫沉淀结合质谱（IP-MS）分析鉴定到LMD-3的相互作用蛋白，结果显示LMD-3与Vitellogenin（主要的卵黄蛋白前体）和V-ATPase亚基（溶酶体质子泵的关键组分）相互作用。随后的细胞定位研究证实，LMD-3主要定位于溶酶体，并与其标志物具有高度共定位。研究发现，lmd-3突变体表现出溶酶体酸性降低、形态异常和降解活性受损，并伴随有卵黄蛋白VIT-2在肠道、体腔和生殖腺中的异常积累。这些结果提示LMD-3通过V-ATPase调节溶酶体酸性，并通过与Vitellogenin相互作用参与卵黄蛋白的运输或降解过程，从而维持细胞的蛋白稳态和生殖健康。通过构建LMD-3不同结构域的缺失突变体，研究团队发现LMD-3蛋白的TLDc结构域对于其维持蛋白稳定性和正常的溶酶体功能至关重要。ΔTLDc突变体完美地复制了lmd-3敲除突变体的所有缺陷，包括溶酶体降解受损、生殖能力降低、氧化应激增加以及V-ATPase和Vitellogenin的相互作用缺陷。

鉴于lmd-3突变体表现出细胞应激增加，团队探索了增强应激抵抗是否能恢复其生育能力。他们发现，将lmd-3突变体从标准OP50细菌食物更换为高B12含量的大肠杆菌HT115饮食，可以完全恢复其生殖能力和正常的生殖腺形态，同时缓解细胞应激。进一步研究表明，补充活性维生素B12（甲钴胺，meCbl）可以显著减轻 lmd-3突变体的细胞应激、恢复线粒体膜电位，并完全逆转其生育能力下降和生殖细胞数量减少的缺陷。机制上，维生素B12补充剂能够显著恢复lmd-3突变体受损的溶酶体酸性，减少生殖腺中聚集蛋白的堆积和凋亡细胞的数量，从而直接改善导致生育力下降的生殖腺缺陷。

综上所述，该研究首次揭示了LMD-3作为溶酶体定位蛋白，通过其保守的TLDc结构域与V-ATPase和Vitellogenin相互作用，共同调控溶酶体功能和蛋白稳态，从而维持线虫的生殖健康。此外，研究提示了维生素B12在LMD-3调控的生殖衰老通路中具有潜在的治疗作用。这些发现不仅阐明了LMD-3鲜为人知的生理功能，也为理解年龄相关生育力下降的机制以及开发潜在的治疗策略提供了新的理论基础和研究模型。

值得强调的是，该研究与山东大学陈子江/秦莹莹/焦雪/娄红祥/董婷团队发表于

Nature Aging

山东大学齐鲁第二医院博士后翟义乐、基础医学院博士生王田田为该论文的共同第一作者，已毕业的本科生韩江雪在实验中做出了重要贡献。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz3192

张哲课题组致力于研究细胞稳态、代谢失衡与衰老相关疾病的分子机制。我们重点关注溶酶体与内质网等细胞器的功能障碍、脂质及维生素等关键代谢通路在驱动生物体衰老、生殖能力衰退和细胞死亡过程中的作用，并以此为基础开发代谢干预的新型治疗与长寿策略。我们诚挚欢迎对细胞生物学、代谢学、衰老机制以及转化医学充满热情的青年学者与博士后加入，共同探索生命稳态的生物学奥秘，开发具有临床应用前景的创新干预方案。

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